Wszechświat

Wszechświat jest to wszystko to, co istnieje – cała przestrzeń, czas, stałe fizyczne, prawa fizyczne oraz wszystkie formy materii i energii. Zgodnie z najpopularniejszym modelem kosmologicznym Lambda – CDM, to większość materii i energii obecnej we Wszechświecie przybiera formę ciemnej materii i ciemnej masy.

Podstawowe informacje:

Według powszechnie uznawanych teorii potwierdzonych na przestrzeni lat przez różne badania oraz dane obserwacyjne, możemy stwierdzić, iż Wszechświat ma mniej więcej 13,82 miliarda lat. Średnica widzialnego Wszechświata to około 91 – 93 miliardów lat świetlnych. Aby przybliżyć choć trochę tę wielkość, to jest to 8,8×1026 metrów. Nie można precyzyjnie określić jego dokładnych wymiarów, gdyż są teorie, iż jest on nieskończony, co jest trudne do pojęcia dla współczesnej ludzkości.
W całej historii naukami, jakie miały za zadanie wyjaśnić obserwacje Wszechświata, były kosmologia, modelowanie naukowe oraz kosmogonia. Najstarsze teorie geocentryczne zostały stworzone w starożytności przez greckich i indyjskich filozofów. W ciągu kolejnych wieków prowadzono dokładniejsze obserwacje, dzięki którym narodziła się teoria heliocentryczna Mikołaja Kopernika oraz praw Keplera. Później Isaac Newton stworzył teorię grawitacji, a z kolei Johannes Kepler udoskonalił teorię Kopernika, dzięki czemu zawierała ona również orbity eliptyczne. Dalsze odkrycia i obserwacje pozwoliły nam odkryć, że Układ Słoneczny znajduje się w galaktyce, która z kolei składa się z miliardów gwiazd. Galaktykę nazwano Drogą Mleczną. Kolejne badania wykazały, że istnieje wiele galaktyk we Wszechświecie. Naukowcy w XX wieku dowiedli również, iż galaktyki systematycznie zmieniają swoje położenie względem czerwieni, co z kolei dowiodło, że Wszechświat stale się rozszerza, a odkrycia mikrofalowego promieniowania tła wskazują na to, iż kiedyś miał on swój początek. Zgodnie z obecną wiedzą wiemy, że powstał z punktu w efekcie Wielkiego Wybuchu. Od tego momentu stale się powiększa. Teoria Wielkiego Wybuchu jest przeważającym modelem kosmologicznym, który opisuje powstanie tego wszystkiego. Udowodnione jest to przez liczne, niezależne od siebie obserwacje. Podczas owego wybuchu powstała przestrzeń wypełniona określoną ilością materii i energii oraz czas. Po początkowej fazie Wszechświat nieco się ochłodził, co pozwoliło uformowanie się cząsteczek subatomowych oraz prostych atomów. Poprzez oddziaływanie grawitacyjne ogromne chmury tych elementów połączyły się ze sobą tworząc gwiazdy. Według współczesnej wiedzy, to prawa fizyki, jak i stałe fizyczne decydujące o ewoluowaniu Wszechświata nigdy się nie zmieniły. Wszechświat ma trzy widzialne wymiary przestrzenne oraz jeden czasowy, chociaż naukowcy nie wykluczają, że ich jest znacznie więcej, jednak my jak na razie nie jesteśmy w stanie ich dostrzec, a one z kolei są mikroskopijne, co nie ułatwia ich zauważenia. Czasoprzestrzeń jest to gładka i spójna rozmaitość, a jej średnia krzywizna jest niewielka. Wydaje się więc (na podstawie powyższych informacji), że poza Wszechświatem nic nie istnieje, jednak obecnie są teorie, które wierzą w to, że jest coś więcej poza nim, a to wszystko określane jest przez nich jako wieloświat.

Definicja:

Wszechświat to jest to wszystko, co istnieje, istniało lub będzie istnieć.

Pochodzenie słowa:

Słowo uniwersum pochodzi od starofrancuskiego univers, a to z kolei wywodzi się od łacińskiego universum. Łacińska nazwa była używana przez Cycerona oraz kolejnych łacińskich pisarzy. Universum zaś wywodzi się od unvorsum, po raz pierwszy używanej przez Lukrecjusza w księdze IV poematu ,,De rerum natura’’. Połączenie uni, un (oba pochodzą od unus oznaczającego ,,jeden’’) z versum,vorsum (pochodzą od vertre, czyli ,,coś zmienionego, toczonego, obróconego).
Inną wersją tłumaczenia wyrazu unvorsum jest ,,wszystko obrócone w jedno’’ lub też ,,wszystko obrócone przez jednego’’.

Ewolucja Wszechświata:

Era Plancka była pierwszą, początkową fazą trwającą od t = 0 do t = 10−43 sek. W tym okresie wszystkie rodzaje energii, materii, jak również cała czasoprzestrzeń skumulowane były w gęstym stanie, gdzie grawitacja była bardzo silna. Od ery Plancka Wszechświat rozszerzył się do aktualnych rozmiarów, prawdopodobnie w bardzo krótkim okresie kosmologicznej inflacji (mniej niż 10−32 sek). To spowodowało, że zyskał on niemal natychmiastowo znacznie większe rozmiary. Teoria kosmologicznej inflacji została udowodniona i poparta przez kilka pomiarów eksperymentalnych, które były niezależne od siebie. Po tej erze nastąpiły kolejno era kwarkowa, hadronowa oraz leptonowa. Co ciekawe, naukowcy twierdzą, iż ta ostatnia była maksymalnie 10 sekund po Wielkim Wybuchu. Dzięki połączeniu całkowitej ekspansji przestrzeni z fizyką atomową i jądrową jesteśmy w stanie wyjaśnić inne obserwacje. Kiedy Wszechświat powiększa się, to wtedy gęstość energii promieniowania elektromagnetycznego obniża się nico szybciej niż materia, a dzieje się tak dlatego, że energia fotonu spada razem z długością jej fali. Kiedy natomiast doszło do rozszerzenia i ochłodzenia, cząstki elementarne połączyły się, tym samym tworząc większe kombinacje. Na początkowym etapie ery materii powstały neutrony i protony, które wchodzą obecnie w skład jądra atomowego. Materia Wszechświata była wtedy o wiele bardziej gorąca i była gęstą plazmą ujemnie naładowanych elektronów oraz oczywiście neutronów oraz dodatnie naładowanych jąder. Era ta nazywana erą promieniowania trwała około trzysta osiemdziesiąt tysięcy lat. Reakcje jądrowe pomiędzy jądrami przeprowadzane w czasie pierwotnej nukleosyntezy doprowadziły do powstania lekkich pierwiastków jakimi są na przykład hel, wodór oraz deuter. Podczas rekombinacji elektrony połączyły się z jądrami i wytworzyły stałe atomy. Kiedy oddzielono fotony od materii, Wszechświat wszedł w kolejny etap – erę materii. Zostało wytworzone wtedy światło, które po pierwsze jest najstarsze jakie istnieje i są to mikrofale promieniowania tła znane również jako ,,promieniowanie reliktowe’’, a po drugie może ono swobodnie się przemieszczać. Mniej więcej po około stu milionach lat powstały pierwsze gwiazdy. Naukowcy przypuszczają, że były odpowiedzialne za rejonizację Wszechświata oraz były bardzo masywne. Składał się z pierwiastków mniejszych od litu, a w trakcie gwiezdnej nukleosyntezy rozpoczęła się produkcja pierwszych ciężkich pierwiastków. Wszechświat składa się również z tajemniczej, niezbadanej do końca energii nazywanej przez naukowców ciemną energią, której gęstość nie ulega zmianie pomimo upływu czasu. Po około 9,8 miliarda lat kosmos rozszerzył się wystarczająco, żeby gęstość materii była mniejsza od tej ciemnej energii. Od tej pory nastała era galaktyczna, chociaż w niektórych jest ona pod inną nazwą jako era ciemnej energii. Tu rozszerzanie się Wszechświata przyspiesza dzięki wpływowi czarnej energii.

Właściwości oraz oddziaływanie Wszechświata:

Według współczesnej wiedzy, prawa fizyki nie uległy zmianie od samego początku istnienia Wszechświata. Zgodnie z obecnym aktualnie Modelem Standardowym, cała materia jest zbudowana aż z trzech generacji leptonów oraz kwarków, które oddziałują przez cztery siły podstawowe, którymi są:
– grawitacja (jej mechanizm przenoszenia nie jest współczesnej ludności znany)
– elektromagnetyzm (jest on przenoszony przez fotony)
– oddziaływanie silne (jest ono przenoszone przez gluony)
– oddziaływanie słabe (jest ono przenoszone przez bozony Z i W
Nie ma obecnie żadnych teorii, które by wyjaśniały wartości podstawowych stałych fizycznych, jakimi są stała grawitacji czy też stała Plancka. Udało się jednak zidentyfi